尽管以往关于身体自我意识的研究假设,源自自身的运动与源自他人的运动在感知上是可区分的,但本方案通过虚拟手产生无意识的轻微运动,使两者的来源变得模糊。这使我们能够观察由自身感(SoO)和他人产生的能动感(SoA)共同形成的心理体验,而非仅仅观察能动感的缺失。
方法文章
尽管以往关于身体自我意识的研究假设,源自自身的运动与源自他人的运动在感知上是可区分的,但本方案通过虚拟手产生无意识的轻微运动,使两者的来源变得模糊。这使我们能够观察由自身感(SoO)和他人产生的能动感(SoA)共同形成的心理体验,而非仅仅观察能动感的缺失。
身体的某一部分属于自己(拥有感,SoO)以及基于自身意愿与行为之间因果关系的感觉(代理感,SoA)被认为是构成我们身体自我意识的基础。此前,人们对假体部位(例如橡胶手)产生的幻觉性拥有感被称为橡胶手错觉(RHI)。此外,研究发现,当物体的运动与个体先前的意图相关联时,人们也能对其产生代理感。然而,我们自发性行为的事后建构特性表明,行为究竟源于自身还是他人,在本质上是难以分离的。换句话说,我们的代理感或日常体验正是在这样一种不可分割的情境中获得的。然而,以往的研究始终基于一个前提,即自我发起与他人引发的动作在感知上是可以区分的。本文中,我们实施了一种实验方案,使参与者对这两种来源的动作产生模糊判断,并评估他们是否能够感受到拥有感和/或代理感,以及其感受方式。为此,我们采用虚拟现实实验范式,参与者在实验中观察虚拟手指以极慢速度(或快速或静止)移动,而其自身手指保持不动。为评估幻觉性拥有感,我们采用皮肤电反应测量参与者面对刀具威胁时的生理反应。此外,我们引入面对面访谈,以判断参与者对缓慢运动所产生的感受是否符合传统的代理感定义。我们的代表性结果表明,参与者的手中出现了拥有感,且大多数参与者报告了多种态度,即尽管意识到该运动并非由自己发起,但仍将其运动视为自身的一部分而加以接受。结果表明,本实验方案的新颖之处在于发现:在此类情境下,拥有感会与外部产生的代理感协同作用,共同构建个体的身体体验,而非表现为拥有感与代理感的相互独立。
人们如何感知自己的身体或自身所执行的动作属于自己?这些感觉构成了我们的身体自我意识以及自身的体验。这一问题,特别是关于“最小自我”的概念,被认为包含拥有感(SoO),即感觉到身体属于自己,以及代理感(SoA),即对身体运动具有主导作用的感觉1。许多关于SoO/SoA的研究基于比较器模型2,该模型认为个体的动作会经历内部比较过程3,4,5,6。比较器模型描述了一个前馈回路,将意图与对自身运动的预测相联系,以及一个反馈回路,将感觉反馈与预测进行比对;这两个回路分别被认为是SoA和SoO的神经基础1,6。
作为一种实验研究手段,身体转移错觉已被广泛应用。其中一种典型方法是橡胶手错觉(rubber hand illusion, RHI),即当受试者被隐藏的真实手部与位于其前方的假手同时受到同步触碰时,会产生对假手的拥有感错觉7。虽然最初的RHI仅指身体拥有感(Sense of Ownership, SoO),但近年来配备可动假手的RHI实验设计,使得研究者能够评估身体代理感(Sense of Agency, SoA)的机制,即通过向受试者提供前馈环路匹配的体验来考察SoA。尽管在正常行为中SoO与SoA通常同时出现1,但二者可以相互独立,并能被分别诱发。例如,当受试者看到一个虚拟化身时,他们可能仅产生较弱的SoO而无SoA;而当受试者从第三人称视角看到自己的手遮挡住拇指时,则可能仅产生SoA而无SoO8。已有研究报道SoA可引发SoO9,但两者之间的关系,以及二者如何共同促成身体意识的形成,仍是尚未解决的问题。
尽管“行为感”(SoA)是一个广义术语,但它通常被理解为在与外部世界脱离自我的状态下,仍能感受到自身产生动作的一种体验。基于这一理解,为了在实验上评估行为感,通常假设参与者自身操控真实身体或假体,例如通过投影在屏幕上的手部图像10、固定在木杆上的假手11,或置于参与者手部上方遮盖物中的手部模型12,13。在这些研究中,当可见的假手动作与参与者自主产生的动作同步时,行为感的出现得到了证实。此外,当动作并非由参与者自身产生,而是由实验者通过物理连接操控手部所引发时,研究证实行为感可能缺失,而身体所有权感(SoO)仍可保留。在这些研究中,通过为参与者分别提供由他人引发和由自我引发的动作,实现了对行为感“存在”与“缺失”状态的对照。
问题由此产生:若缺乏能动感,是否意味着身体运动是由除自身之外的他人所引发?自我与他人之间是否存在明确的界限?然而,自我可能包含无意识成分,而这些无意识成分或许正是存在于自我内部的“他人”。就无意识而言,个体无法判断某一动作究竟源于自身还是他人。尽管自主抽动的感觉注定与无意识相关,但以往的实验设计并未关注自我与他人的模糊性。为了在实验中引入无意识运动,必须设计一种虚拟动作,使其无法被轻易判断为源自参与者自身或他人。这种参与者与他人之间的模糊性,也在关于“预备电位”的讨论中有所体现14。先于自由意志和有意意识出现的预备电位,可分别类比为大脑中的“他人”与“我”15。换句话说,个体内部的自我与他人是不可分割的。事实上,从行为层面已有研究指出,能动感可能是以回溯性方式获得的16,17。鉴于我们的能动感或身体自我意识可能正是在自我与他人的模糊状态中形成的,而以往关于拥有感/能动感的研究大多建立在使二者可被感知区分的基础上,因此有必要探究当自我与他人界限模糊时,会产生何种主观体验。
本文介绍了一种实验方案,可用于评估在虚拟手产生轻微运动的情况下,身体所有权感(SoO)和身体自主感(SoA)的影响,这种轻微运动使得参与者难以判断动作是源于自身还是他人。具体而言,通过使用虚拟现实(VR)技术,参与者经由头戴式显示器(HMD)以第一人称视角观察一只虚拟手,但并不被告知该手属于谁。实验中,参与者的真实手部会接受触觉刺激(用画笔进行轻刷),该刺激与HMD中显示的手部所受到的画笔刷动同步进行;随后,在一分钟后,视频中的手指突然开始缓慢移动。为进行比较,每位参与者共完成六次试验,分为三种条件(每种重复两次):无手部运动、缓慢运动(自我与他人来源之间的模糊状态)以及快速运动(明确为非自我来源,即他人所致)。为评估SoO,采用皮肤电导反应(SCR)测量方法。在呈现威胁刺激期间SCR的变化被用作身体自我感的指标18,19,20,因其能够提供实时且客观的评估依据。本研究中,我们将手部运动后由刀具威胁引发的SCR定义为SoO强度的指标18,19。此外,为评估SoA,在所有橡胶手错觉(RHI)实验流程结束后,通过面对面访谈收集参与者的主观报告。可以推测,这种介于自我与他人来源之间的模糊运动,可能导致本由他人引发的身体动作被感知为参与者自身所产生。此类SoA中因果关系的重构,无法通过传统方法——即仅评估个体意图与其行为之间的一致性——加以捕捉。因此,与以往RHI研究中要求参与者对描述感觉的既定陈述进行评分的方式不同13,本方案允许参与者用自己的语言描述其主观感受。在以该方式收集主观报告后,进一步制定了分类与评估的步骤。这一系列流程不仅使我们能够判断SoA是否存在,还能观察参与者将某些体验接纳为自身感受时,这些感受与典型的SoA之间存在何种差异。
本文所述所有方法均经世界医学协会《医学伦理守则》(赫尔辛基宣言)批准,并获得长冈技术科学大学独立伦理委员会的批准。未从本科学生中收集任何可识别的个人信息。在参与实验前,向参与者提供了有关实验的详细信息,并要求其签署书面接受声明。已从所有受试者处获得书面知情同意书,并保存于长冈技术科学大学。
1. 准备七种类型的视频
注意:总共需制作七个视频,包括一次实验前阶段的视频,以及针对每种性别的“稳定”、“慢速”和“快速”条件(图1)的实验阶段视频(三种条件乘以两种性别,共六个视频)。
2. 实验步骤
3. 数据分析

受试者为21名健康学生(11名男性;平均年龄21.1岁,范围20–23岁;18名为右利手),均招募自长冈技术科学大学。所有受试者均未接受过实验任务的相关训练,且均为以日语为母语的使用者。其中19名受试者的数据被采用(包括表现出无反应(“无反应”)的个体),但有2名受试者的数据因设备问题被排除。
本研究结果显示,在刀具威胁条件下,三种条件之间的皮肤电导反应(SCR)值无显著差异(慢速 vs 稳定:p = 0.829,t = 0.581;慢速 vs 快速:p = 0.872,t = 0.499;快速 vs 稳定:p = 0.988,t = 0.145,Steel–Dwass 检验;图7(A))。该结果与我们的假设相悖,即展示的手部快速运动将消除皮肤电导反应,也就是削弱幻觉性拥有感(SoO)的强度。然而,当比较每种条件下第一次与第二次重复试验的 SCR 时,仅在快速运动条件下观察到 SCR 显著降低(慢速:p = 0.984,z = 0.0197;稳定:p = 0.922,z = 0.0983;快速:p = 0.0181,z = 2.36,Wilcoxon 符号秩检验;图7(B))。这表明,若明显且不可预测的(快速)动作被重复呈现,幻觉性拥有感将逐渐消失;而若动作为慢速,则拥有感将维持在与无动作时相同的水平。
在面对面访谈中,所有参与者对问题1和问题2的回答均为“是”;因此,可以确认他们都通过视觉观察到了缓慢的运动。在确认这一点后,可进一步评估他们对问题3的回答均不包含陈述1-3。这些回答可分为以下四种类型(表1)。类型1:六名参与者回答“我没有移动”自己的手。类型2:另外六名参与者回答“我觉得我的手在不受意志控制的情况下移动”或类似表述。类型3:八名参与者回答“我感觉被带动而移动”或类似表述。类型4:三名参与者表示有“手指在移动的感觉”。其中一名参与者同时符合类型2和类型3,另一名同时符合类型2和类型4,还有一名同时符合类型2、3和4,其余参与者仅符合类型1至类型4中的一种。类型1、2和3在否认手部运动意愿方面,明显与陈述1-3中的任何一项均不一致。此外,类型4不包含因果关系,因此也与陈述1-3中的任何一项不相容。总体而言,结果表明,没有一名参与者以传统意义上的方式产生了行为自主感(SoA)。此外可以认为,类型1仅简单否定了自身的SoA,而类型2-4则表明参与者倾向于将自身与外部产生的身体运动相融合。例如,类型2将观察到的运动接受为自身的行为,尽管意识到该运动并未伴随自身意志。类型3提到试图与观察到的、来源于他者的运动保持一致性,即此类外部运动可能引发自身的行为。类型4则描述了一种感觉反馈的体验,尽管清楚自身并无意志或动作发生。综合来看,在19名参与者中,有13人将所观察到的事件描述为属于自身的体验,这种体验是由来源于他者的SoA所形成,而非对SoA的否定。

图1:RHI实验中单次试验的流程图。在全部三种条件下,单次试验均在90秒内完成。每次试验中,皮肤电反应(SCR)的识别时间为80秒至90秒。 请点击此处查看该图的放大版本。

图2:准备好的实验装置。用于步骤1.1至1.17,准备视频。一台360°相机位于受试者的视角位置。请点击此处查看此图的放大版本。

图3:向参与者展示的视频中的一个画面。每位参与者都会看到一个虚拟的手,其位置与其自身真实的手所在位置相同。请点击此处查看该图的放大版本。

图4:刀具威胁事件。用于测量皮电反应(SCR),在试验开始后80秒,一把厨房用刀出现,滑过所展示的手部,随后被移除。请点击此处查看此图的放大版本。

图 5:虚拟手的闭合与张开动作。试验开始后 60 秒,向参与者显示的张开的手以恒定速度开始闭合,在慢速条件下耗时 10 秒(A),在快速条件下耗时 1 秒(B)。随后,手以相同速度重新张开。在快速条件下,该动作重复 10 次。请点击此处查看此图的放大版本。

图6:实验装置。用于进行试验的设置。在实际装置中,参与者面对的背景和实验人员与视频中相同。请点击此处查看该图的放大版本。

图7:刀具威胁后试验中无手部运动(稳定)、慢速或快速手部运动条件下平均皮肤电反应(SCR)的箱线图。(A) 分为三组,以及(B) 分为六组(区分第一次与第二次试验)。误差线表示标准差。当合并第一轮与第二轮的结果,并在三种条件下的各组之间进行多重比较时,任意两组之间均未发现显著差异。该结果与我们的假设相矛盾:即展示的手部快速运动将消除皮肤电反应(虚假身体拥有感强度),因为其水平与其他两种条件相当。然而,在各条件下对第一次与第二次试验进行比较时,仅在快速运动条件下观察到显著差异(快速条件下的第一次与第二次试验比较;p < 0.05,Wilcoxon符号秩检验)。此外,在慢速运动与无运动(稳定)条件下的试验中,第一次和第二次试验均表现出较高的SCR值,且两者之间无显著差异。这表明,在快速运动条件下,第二次试验的SCR未保持与第一次相同的水平;而在慢速与稳定条件下,即使事件重复两次,SCR仍得以维持。请点击此处查看该图的放大版本。
| 回答摘要 | 数量 | overrup | ||||
| 类型 1 | 我没有移动。 | 6 | ||||
| 类型 2 | 我觉得我的手在不受意志控制的情况下移动了。 | 6 | a | b | c | |
| 类型 3 | 我感觉被牵引着要移动。 | 8 | a | c | ||
| 类型 4 | 我有一种在移动手指的感觉。 | 3 | b | c | ||
表1:对Q3问题回答的归类结果总结。 Q3用于评估虚假的自主感(illusory SoA),问题为:“你对自己手部动作变慢有何想法?”,在确认参与者已观察到手部动作变慢后提出。三名参与者(a、b和c)提供了多条描述。总体而言,没有任何回答类型包含符合自主感(SoA)定义的陈述。此外,类型2至类型4显示出参与者在意识到动作源自外部的同时,对将所观察到的动作接受为自身动作所持有的多种态度。
本实验方案的目的是突出说明行为来源是参与者自身还是他人的这一区分在本质上是不可分割的。可以推测,这种不可分割性导致参与者将来自外部的动作视为自身经验的一部分。在此,我们提出一种方法,用于收集在这种情境下的主观感受,并参考了关于自我感(SoO)与行为自主感(SoA)的传统讨论。为实现这一目标,步骤1.13(准备视频)和步骤2.2.8(在合理的情境下播放视频)通过适当地使所观察身体部位的行为与实际行为产生偏移来实现。其他一些步骤则从以下两个方面支持这一目标。第一个方面是使虚拟图像更接近现实。因此,视频中的世界在手部特征(步骤1.4、1.17和2.2.3)、实验室环境(步骤1.1)以及面对的实验者(步骤2.2.1)等方面与真实世界在视觉上保持一致。此外,建立跨模态交互也可能有效,因为这在全身转移错觉中被认为尤为重要24,25。因此,使用360度图像(步骤1.2;匹配视觉信息与头部运动控制)以及精确追踪运动轨迹(步骤2.2.8;视觉与触觉感受的匹配)可能是有效的。第二个方面是拓宽对(虚拟)视觉信息的解释。另一项研究也强调了这一点,该研究使参与者无法确定他们在头戴式显示器(HMD)中看到的内容是虚拟的还是真实的26。虽然该研究通过同等降低虚拟和真实视觉分辨率来实现这一目标,而在本实验方案中,我们在步骤2.2.3中采用了以下两种方法:不提供任何关于将要展示内容的信息,并使参与者放松。考虑到我们在Q3之后向所有参与者提出的问题“猜猜你看到的是哪只手?”的反应,这些措施似乎是有效的,该问题用于验证本实验方案的有效性(这是一个额外问题,无需出现在正式方案中)。结果发现,几乎没有参与者能正确回答所看到的是预先录制的视频,大多数参与者表现出不确定性,并接受了多种可能性。
此外,步骤2.3被认为在评估此类感受方面具有重要意义,即个体将源自他人的身体运动感知为自身产生的运动,而这种感知在客观观察下可能包含矛盾之处。在传统的采用关于拥有感(SoO)/自主感(SoA)问卷的研究方法中,参与者首先会看到实验者预先准备好的描述感受的语句;而在本方案中,参与者被要求用自己的语言描述其感受。这种方法有助于避免实验者提供的表述对参与者自身体验的重新诠释,并能够收集到存在矛盾的回答。事实上,如上所述,大多数参与者报告称所观察到的动作与其自身相关的内容相一致。此外,在步骤2.3.4中,我们还收集到了三名参与者回答“感觉既像是自己的动作,又不像是自己的动作”。值得注意的是,尽管数量较少,但在第3类情况中也有参与者报告出现了幻觉性的感觉反馈。这些在以往的橡胶手错觉(RHI)研究中未曾观察到的现象,可能为我们提供新的研究视角。
关于改进和排查该方法可能存在的问题,一个常见问题是准确追踪画笔轨迹虽至关重要但实际操作困难。事实上,一旦画笔运动出现不同步,幻觉便会立即消失7,27。受试者也报告称,当实验者意外未能准确追踪画笔路径时,拥有感会突然消失。尽管已有研究指出,随着画笔运动的复杂性和随机性增加,幻觉强度也会增强,但我们建议选择简单且不易出错的轨迹,以避免风险。此外,关于皮肤电导反应(SCR)的测量,可能会有人担心参与者对重复的刀具威胁产生适应。然而,在一些先前的研究中19,22,实验重复次数更多(例如,三十次19)。本方案为减轻参与者负担,每种条件仅进行两次试验,每位参与者共进行六次试验,这是能够揭示三种条件之间差异的最少试验次数。此外,也可考虑增加试验次数,以获取更具统计可靠性的数据,并研究试验重复次数的影响。另外,我们的材料表列出了获得代表性结果所使用的设备组合。然而,由于头戴式显示器制造商频繁更新产品,表中的目录编号(Oculus DK2)目前已停产。目前,可使用最新型号(Oculus Rift S 或 Quest 2;此时对应的计算机为运行 Windows 操作系统的 PC,而非 Mac OS)完成相同实验,我们建议使用当时可获得的产品进行实验。
本方案的一个显著局限性在于,对SoA的估计依赖于回溯性方法。之所以将面对面访谈设置在实验程序部分的最后一步,而不是仅在目标试次(即“慢速”条件下的试次)之后进行,如一般方法13所示,是为了防止参与者在后续试次中将注意力集中在该问题上。考虑到这种风险对整个实验的影响更大,因此我们采用了当前的顺序。然而,这种在目标试次与访谈之间插入其他试次的情况,又带来了所获得的感觉可能被混淆或遗忘的风险。在此,通过使用问题1和问题2缓解了这一问题。此外,使用通用问卷的方法本质上仍属于回溯性评估。因此,开发一种能够与实验同步进行、利用皮肤电反应(SCR)等生理指标的测量方法,可被视为一个共性问题。此外,在比较主观报告在慢速与快速条件下的趋势时,可能会观察到某些差异。尽管重复提问可能会影响参与者回溯性主观报告的准确性,但一种可行的方法是采用组间比较设计,即仅向每组参与者询问其中一种条件。
综上所述,本方案构建了一种情境,使得身体所有权感(SoO)与身体自主感(SoA)在同一身体部位上共存但彼此不一致,从而在所呈现的状态与实际状态之间实现了良好的差异性与一致性的平衡。本次实验为了简化操作,使被试者的真实手保持静止,而呈现的虚拟手轻微移动,但相反的情况也同样适用。在此情况下,要求每位被试者以均匀的速度和幅度活动手指;因此,必须在实验前充分确认并练习该操作流程。此外,还可设想多种拓展应用,例如呈现的手指形状和/或数量发生变化的情况,或与他人明显可见的手进行干预和/或互动的情况。
作者无任何利益冲突需要披露。
本工作由早稻田大学资助。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 显示器 | Apple Inc. | MacBookAir | 用于镜像显示在头戴式显示器中向参与者展示的屏幕内容 |
| 头戴式显示器 | Oculus VR Inc. | Oculus DK2 | 用于播放360° 视频 |
| 节拍器应用程序 | ihara-product | Smart Metronome | 用于生成参考音调 |
| 皮电反应数据采集设备 | Biopac Systems inc. | Biopac System MP150 | 用于皮电反应数据测量 |
| 皮电反应数据处理软件 | Biopac Systems inc. | AcqKnowledge 4.1 | 用于皮电反应数据处理 |
| 智能手机 | Apple Inc. | iPhone SE | 用于播放参考音调 |
| 统计分析软件 | The R Foundation | R 3.4.2. | 用于统计分析 |
| 360° 摄像机 | RICOH Company Ltd. | RICOH THETA S | 用于制备视频 |
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